Solution-traité « Silver-Bismuth-iode » ternaire minces pour absorbeurs photovoltaïques sans plomb
Summary
Ici, nous présentons des protocoles détaillés pour traitées-solution argent-bismuth-iode (Ag-Bi-I) ternaire semiconductor fabriquées sur TiO2couches minces-enduit des électrodes transparentes et leurs applications potentielles comme stable à l’air et sans plomb dispositifs optoélectroniques.
Abstract
Pérovskites hybride à base de bismuth sont considérées comme prometteuses photo-actifs semiconducteurs pour des applications de cellule solaire respectueuse de l’environnement et stable à l’air. Cependant, mauvaises surfaces morphologies et énergies bandgap relativement élevés ont limité leur potentiel. Argent-bismuth-iode (Ag-Bi-I) est un semi-conducteur prometteur pour dispositifs optoélectroniques. Par conséquent, nous démontrons la fabrication des Ag-Bi-I ternaires films minces à l’aide de traitement de la solution matérielle. Les films minces qui en résulte pièce morphologies de surface contrôlées et minimiséedans optique selon leur thermique température de recuit. En outre, il a été rapporté que Ag-Bi-I systèmes ternaires se cristallisent à amelie2j’ai7, Ag2BiI5, etc. en fonction du rapport des précurseurs chimiques. La solution-traité amelie2j’ai7 films minces présentent une structure cristalline cubique-phase, morphologies surfaces denses, pinhole-free avec des grains d’une taille allant de 200 à 800 nm et une à bande interdite indirecte de 1,87 eV. La résultante d’amelie2j’ai7 films minces Voir la bonne stabilité et énergie des diagrammes de bande de l’air, ainsi que de surface morphologies et optique minimiséedans convenant sans plomb et stable à l’air simple-jonction des cellules solaires. Très récemment, une cellule solaire avec efficacité de conversion énergétique de 4,3 % a été obtenue en optimisant les compositions de cristal Ag-Bi-I et les architectures de dispositif de pile solaire.
Introduction
Solution-traité des cellules solaires minces inorganiques ont été largement étudiés par de nombreux chercheurs qui cherchent à convertir la lumière du soleil directement en électricité1,2,3,4,5. Avec le développement de l’architecture matérielle de synthèse et dispositif, pérovskites axée sur l’iodure de plomb ont été signalés à être les meilleurs absorbeurs de cellules solaires avec une efficacité de conversion énergétique (PCE) supérieure à 22 %5. Toutefois, il se développent préoccupations au sujet de l’utilisation du plomb toxique, ainsi que des problèmes de stabilité de perovskite de plomb-halogénure lui-même.
On a récemment signalé que hybride basé sur bismuth pérovskites peuvent se former en incorporant des cations monovalents dans une unité complexe iodure de bismuth et que ceux-ci peuvent être utilisés comme absorbeurs photovoltaïques mésoscopique photopile architectures6, 7,8. Le plomb dans les pérovskites peut être remplacé avec du bismuth, qui a la 6 s2 doublet externe ; Cependant, méthodologies d’halogénure plomb jusqu’ici seulement conventionnels ont servi à pérovskites hybride à base de bismuth avec les structures cristallines complexes, malgré le fait qu’ils ont des États d’oxydation différents et propriétés chimiques9. En outre, ces pérovskites ont des morphologies surfaces pauvres et produisent des films relativement épaisses dans le contexte d’applications de périphérique minces ; par conséquent, ils ont une piètre performance photovoltaïque avec bande interdite haute énergie (> 2 eV)6,7,8. Ainsi, nous avons cherché à trouver une nouvelle méthode pour produire axée sur le bismuth minces semi-conducteurs qui sont respectueuses de l’environnement, stable à l’air, et ont de l’énergie faible bande interdite (< 2 eV), compte tenu de la conception matérielle et la méthodologie.
Nous présentons la solution-traitées Ag-Bi-I ternaires minces, qui peuvent être cristallisé à amelie2j’ai7 et Ag2BiI5, pour les semi-conducteurs sans plomb et stable à l’air10,11. Dans cette étude pour le Julien2, j’ai7 composition, n-butylamine est utilisé comme solvant pour dissoudre simultanément l’iodure d’argent (AgI) et de bismuth iodure (BiI3) précurseurs. Le mélange est spin-cast et recuits à 150 ° C pendant 30 min dans un N2-remplis la boîte à gants ; par la suite, les films sont trempés à température ambiante. Les films minces qui en résultent sont brun-noir en couleur. En outre, la morphologie de la surface et la composition de cristal des systèmes ternaires Ag-Bi-I sont contrôlés par la température de recuit et rapport précurseur AgI/BiI3. La résultante d’amelie2j’ai7 films minces présentent une structure cristalline de phase cubique, morphologies surfaces denses et lisses avec gros grains de 200 à 800 nm en taille et un espace de bande optique de 1,87 eV commence à absorber la lumière de longueur d’onde de 740 nm . Récemment, il a été signalé qu’en optimisant les compositions de cristal et l’architecture de l’appareil, Ag-Bi-I ternaires couche mince des cellules solaires peut atteindre un PCE de 4,3 %.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous avons fourni un protocole détaillé pour la fabrication de la solution de Ag-Bi-I semi-conducteurs ternaires, qui devront être exploités comme absorbeurs de plomb photovoltaïques en couche mince des cellules solaires avec des architectures de dispositif mésoscopique. c-TiO2 couches sont forment sur des substrats de la FTO pour éviter les fuites d’électrons qui se jettent dans les électrodes de la FTO. m-TiO2 couches se forment successivement sur c-TiO2-enduit de substrats d…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Daegu Gyeongbuk Institut de Science et technologie (DGIST) programmes de recherche et développement (R & D) du ministère de la Science, TIC et futur Planning de Corée (18-ET-01). Ce travail a été également soutenu par l’Institut d’évaluation de la Energy Technology Corée et Planning(KETEP) et le ministère du commerce, industrie & Energy(MOTIE) de la République de Corée (n° 20173010013200).
Materials
| Bismuth(III) iodide, Puratronic, 99.999% (metals basis) | Afa Aesar | 7787-64-6 | stored in N2-filled condition |
| Silver iodide, Premion, 99.999% (metals basis) | Afa Aesar | 7783-96-2 | stored in N2-filled condition |
| Butylamine 99.5% | Sigma-Aldrich | 109-73-9 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
| Isopropyl alcohol (IPA) | Duksan | 67-63-0 | Electric High Purity GRADE |
| Titanium(IV) isopropoxide | Sigma-Aldrich | 546-68-9 | ≥97.0% |
| Ethyl alcohol | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | 200 proof, ACS reagent, ≥99.5% |
| Hydrochloric acid | SAMCHUN | 7647-01-0 | Extra pure |
| Titanium tetrachloride (TiCl4) | sharechem | ||
| 50nm-sized TiO2 nanoparticle paste | sharechem | ||
| 2-propanol | Sigma-Aldrich | 67-63-0 | anhydrous, 99.5% |
| Terpineol | Merck | 8000-41-7 | |
| Heating oven | WiseTherm | ||
| Oxygen (O2) plasma | AHTECH | ||
| X-ray diffraction (XRD) | Rigaku | Rigaku Miniflex 600 diffractometer with a NaI scintillation counter and using monochromatized Cu-Kα radiation (1.5406 Å wavelength). |
|
| Fourier transform infrared (FTIR) | Bruker | Bruker Tensor 27 | |
| field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) | Hitachi | Hitachi SU8230 | |
| UV-Vis spectra | PerkinElmer | PerkinElmer LAMBDA 950 Spectrophotometer |
|
| Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) | RBD Instruments | PHI5500 Multi-Technique system |
Referencias
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